Dynamique de la croissance racinaire en prairie pâturée par des bovins
IV- Matériels et méthodes
1-Le dispositif expérimental
a-Les parcelles
Les parcelles de terrain (cf. annexes 1 et 2) qui sont utilisées pour ces recherches se trouvent proche de l’INRA de Theix (commune de St-Genès-Champanelle), à proximité du Puy de Berzet. Les coordonnées exactes du dispositif expérimental sont 45°43’43’’N, 03°1’21’’E.
- Altitude : 880m
- Climat : semi-continental sous influence océanique, montagnard - Température annuelle moyenne : 8.5°C1
- Précipitation annuelle moyenne : 797mm2
Les parcelles sont réparties sur deux blocs, ce qui permet de représenter deux types de sols différents. - Premier bloc : sol brun granitique
- Deuxième bloc : coulée basaltique
Les sols contiennent 8 à 9% de matière organique dans la couche des 10 premiers centimètres.
Les prairies du dispositif expérimental présentent une assez faible diversité végétal avec entre 15 et 30 espèces différentes, ce qui peut être expliqué par le fait que ce sont des prairies issues de l’intensification fourragère (gestion avant le démarrage du dispositif).
Le dispositif s’étend sur 3 ha avec des parcelles individuelles de 400 à 2200m² selon les traitements.
Dans chacune des parcelles quatre zones sont délimitées dans lesquelles sont faites les différentes mesures afin de tenir compte de l’hétérogénéité de la végétation. Elles sont toutes « cartographiées » afin que les différentes mesures qui seront effectuées sur ces parcelles n’interférent pas les unes avec les autres.
b-Les traitements
On appelle traitement le type de gestion appliqué à une parcelle.
Sur le dispositif on trouve différents traitements appliqués à la prairie afin d’étudier les principaux facteurs de gestion. Ces facteurs sont :
- l’utilisation de l’herbe en pâturage (Ab, BO+, BO-)
- la restitution des éléments nutritifs (fauche nul, ajout de P et K, ajout de N,P et K) - l’impact du pâturage en fonction de l’espèce animal (Bovins, Ovins)
Dans le cadre du suivi de la croissance racinaire un seul facteur est impliqué, c’est le niveau d’utilisation par le pâturage de bovins et un traitement abandon servant de témoin non exploité. Ce facteur joue sur la structure
1 Température moyenne annuelle pour la période janvier 1990-2014
Figure 6 : Etats des couverts végétaux le 24/07/2015 des trois traitements Ab, BO- et BO+
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du couvert végétal, l’accès à la lumière pour les plantes, la composition botanique et la production de tissu végétal. Il influence notamment les circuits de recyclage de la matière organique, par l’animal ou par les litières, et de l’azote.
Pour avoir un gradient d’utilisation des prairies, trois traitements sont appliqués (figure 6) :
Les parcelles sont pâturées de manière rotative, les animaux entrent sur les parcelles 5 fois par an : mi- avril, fin mai, début juillet, septembre et novembre. La durée varie en fonction de l’herbe disponible. Les animaux sont sortis des parcelles lorsque les hauteurs de végétation sur les parcelles Bo+ atteignent les valeurs situées entre 6.5 et 7.5cm (médiane du premier contact vert). En moyenne pour les années 2006 à 2012 et pour chaque période respectivement, les durées de séjours ont été de 9.6, 9.0, 10.7, 8.6 et 2.1 jours. Les parcelles du traitement Bo+ sont pâturées avec 4 génisses et celles du traitement Bo- avec 2 génisses. Les durées des séjours étant les mêmes dans toutes les parcelles mais avec deux fois moins d’animaux en Bo- en comparaison de Bo+, il est ainsi permis d’obtenir un différentiel de chargement et d’utilisation de l’herbe entre les traitements pâturés Bo+ et Bo-.
Chaque traitement est présent deux fois sur les deux blocs (cf. annexes 1 & 2). Il y a ainsi 4 répétitions de chaque traitement dans le dispositif.
2-Les procédés de mesures
a-Ingrowth-core
i-Sur le terrain
Un ingrowth-core est un dispositif expérimental in-situ qui va permettre de mesurer le potentiel de croissance racinaire d’un couvert végétal à intervalle de temps régulier.
Lors de chaque prélèvement, la masse des racines est mesurée. Elle correspond à la production de nouveaux tissus racinaires, qui sont récoltés, lavés et pesés.
La première série d’ingrowth-core a été mise en place sur le dispositif en décembre 2013. Et depuis le mois de février 2014, les prélèvements sont effectués tous les mois.
La mise en place du dispositif de l’ingrowth-core consiste à:
- La réalisation d’un trou de 8 cm de diamètre et de 20 cm de profondeur dans le sol à l’aide d’un carottier
TRAITEMENTS NIVEAU D’UTILISATION DU
COUVERT VEGETAL TAILLE DE LA PARCELLE (m²)
Abandon (Ab) Nul (aucune exploitation) 400
Bovin moins (Bo-) Faible (équivalent 2 génisses) 2200
Figure 7 : Etapes de la mise en place d'un ingrowth-core
Figure 8 : Etapes de lavage des ingrowth-core
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- La mise en place un filet à maille large (8mm) et d’une longueur de 45 cm (figure7-a) - Le remplissage du filet d’un volume fixe de terre (environ 1L3) en trois fois (figure7-a) - La terre est tassée à l’aide d’un pilon après chaque addition de terre (figure 7-b)
- L’ajout d’un volume d’eau (environ 0,35mL) également en trois fois entre chaque ajout de terre est nécessaire4
La terre utilisée dans les filets a été prélevée dans chaque bloc plusieurs mois en amont de l’expérimentation afin de favoriser la minéralisation de sa matière organique et sa stabilisation. En effet le substrat géologique de chaque bloc étant différent il est important d’en tenir compte. Une fois prélevée, la terre a été préparée en vue de l’expérience. Elle est tamisée à 5 mm, permettant d’écarter les éléments grossiers (cailloux) et la plupart des racines.
Lorsque les animaux sont présents sur les parcelles il est nécessaire de mettre en place une grille en fer sur les ingrowth-core afin que les animaux n’arrachent pas les filets et que l’herbe puisse tout de même pousser (figure 7-c).
Aux alentours du 24 de chaque mois, les ingrowth-core sont prélevés et remplacés par de nouveaux. Lors du retrait du filet une observation du trou est faite:
- sa profondeur,
- la présence de galeries animales,
Toutes les observations sont soigneusement notées afin de pouvoir, si nécessaire, procéder la fois suivante à un changement d’emplacement. En effet si un facteur fait que les racines ne sont plus en contact avec le filet (galerie, élargissement du trou…), cela risque de fausser les résultats. Dans ce cas-là il est nécessaire de changer l’emplacement du dispositif.
Chaque échantillon prélevé est placé dans un sac plastique avec l’identification de l’emplacement de celui-ci sur une étiquette. Tous les échantillons seront placés en chambre froide à 4°C pour y être stockés avant d’être lavés et traités dans les trois jours qui suivent.
ii-Traitement des échantillons
Une fois les ingrowth-core prélevés, les racines qui ont poussé à l’intérieur doivent être extraites de la terre et lavées (figure 4 ci-dessous). Pour ce faire :
- le filet est vidé dans un seau rempli d’un grand volume d’eau (figure 8-a, b & c)
- il est ensuite rincé abondamment afin de récupérer toutes les racines accrochées sur celui-ci - par phénomène de décantation la matière organique est séparée de la matière minérale
- par séparation sur deux tamis successifs (1mm et 200µm) les racines sont récupérées (figure 8-d) - elles sont ensuite nettoyées minutieusement (figure 8-e)
- enfin les racines sont triées, seules les vivantes qui sont blanches seront récupérées (figure 8-f & g) On prélève également les rhizomes qui sont des tiges souterraines formées par certaines espèces comme le pâturin des prés et le chiendent. Les racines qui proviennent d’une germination visible ne sont pas récupérées
3 C’est le volume nécessaire pour avoir une densité de terre dans le filet de 1 : 1L=1kg.
4 Obtention d’un taux d’humidité de 30%.
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puisqu’il s’agit de quantifier la pousse des racines des végétaux déjà implantés présentes autour de l’ingrowth-core.
Les échantillons de racines sont étiquetés puis stockés dans une feuille de papier humide en chambre froide en attendant d’être pesés en frais.
Les échantillons de racines sont ensuite mis à l’étuve à 60°C pendant 48h. Ils sont ensuite pesés pour connaître leur poids sec. Les résultats sont présentés en g/m² de sol pour la strate 0-20cm. Il y a 4 ingrowth-core par parcelle. La masse racinaire par parcelle et par période de mesure correspond à la moyenne des masses des 4 ingrowth-core.
b-Stocks
i-Sur le terrain
On appelle stock racinaire, l’ensemble des racines mortes et vivantes présentes dans une carotte de sol. Le but est de connaître le stock de racines mortes et vivantes présentes dans le sol à un instant « t » grâce à une pesée du stock racinaire.
Sur chaque parcelle 4 prélèvements de sol sont effectués à l’aide d’un carottier dans les 4 zones définies. Ce qui correspond à 48 carottes de sol. Cela permettra d’avoir une représentation globale de chaque parcelle et une étude statistique plus fiable.
Un premier prélèvement a été fait en décembre 2013 et traité courant 2014. Les deuxième et troisième prélèvements ont été réalisés les 20 mars et le 20 Juin 2014, sur des trous différents mais à proximité des autres zones. Les échantillons de la dernière date, ont été traités durant ce stage.
Avant le prélèvement on tond la végétation à une hauteur de 5cm au-dessus du sol. Une fois la carotte de sol prélevée elle est étiquetée et placée dans un sac en plastique. Tous les sacs en plastique sont ensuite mis au congélateur en attendant d’être préparés et traités.
ii-Traitement des échantillons
Les carottes de sol qui ont été placées au congélateur afin d’être conservées en attendant leur traitement sont tout d’abord sorties une par une préalablement à leur étude.
Dans un premier temps, on prépare la carotte en vue du lavage. Cette préparation consiste à une identification de la flore sur le dessus de la carotte, ainsi qu’à un tri et une extraction de toutes les parties aériennes végétales présentent sur la carotte. Les différentes espèces sont séparées ainsi que les végétaux indifférenciés vivant et mort.
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Lors du lavage sont différenciés :
Les différentes séparations se font sur deux tamis superposés, un de 1mm et le second de 200µm. La séparation entre matière organique et matière minérale, se fait grâce au principe de la décantation. Dans un grand seau d’eau les matières minérales vont décanter au fond alors que les matières organiques comme les racines et les POM resteront en surface.
Pour la séparation entre les différents composés organiques on verse le surnageant du seau sur les tamis. Sur le tamis de 1mm seront retenues les racines ainsi que les rhizomes et les parties végétales les plus grosses. Tandis que sur le tamis de 200 µm seront retenus les matières organiques particulaires.
Les différents composants sont ensuite mis à l’étuve à 60°C pendant 48heures, puis pesés sur une balance de précision. Seules les racines sont pesées en poids frais avant d’être mises à l’étuve pour avoir leur poids sec. Lors de la pesée en poids frais, un sous-échantillon de racines est prélevé afin d’en faire une description morphologique des traits racinaires.
c-Observation botanique et description fonctionnelle des communautés végétales
i-Des ingrowth-core et stocks
Pour pouvoir faire un lien entre les espèces du couvert végétal et les racines qui se trouvent dans les ingrowth-core, une observation de la flore est effectuée. Cela permettra également de comparer l’évolution des différents types de communautés végétales selon les différents traitements.
Pour ce faire on dispose un anneau rouge d’un diamètre de 20 cm qui permet de délimiter la zone à observer (figure 9). Celle-ci correspond à une bande de 6 cm de large autour du trou de l’ingrowth-core. On considère que la majorité de la végétation dont les racines poussent dans l’ingrowth-core se trouvent dans cette bande de 6cm. Un total de 10 point est attribué à chaque communauté et chaque espèce se voie attribuer une partie de ces points en fonction de l’abondance observée de cette espèce.
Pour les carottes des stocks l’observation botanique se fait deux fois. La première sur la couronne de façon identique aux ingrowth-core, et la deuxième sur le centre de la carotte avec un système de notation identique (10 points répartis entre les espèces selon leur abondance estimée visuellement).
Les rhizomes
Les stolons Les collets Les racines Les matières organiques particulaires (POM) >200µm Les cailloux >2mm Les différentes parties végétales (différenciés par espèces, vivantes et mortes)
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Ces notations permettent ensuite d’identifier les espèces dites « dominantes », c’est-à-dire celles dont l’abondance cumulée permet d’atteindre 85% du total des espèces décrites à chacun des emplacements. Pour chaque relevé botanique du centre de la carotte de stock, la valeur de trait agrégé (moyenne pondéré) a été calculée à partir de données mesurée en 2006 et 2007 (disponibles dans une base de données). Pour les données de traits de 2006 et 2007 les mesures ont été réalisées sur 12 individus par parcelles et pour la mesure de LDMC sur 10 limbes par espèce par parcelle.
Les trois traits calculés sont la hauteur reproductive (H), la surface spécifique foliaire (Specific Leaf Area : SLA) et la teneur en matière sèche des limbes (Leaf Dry Matter Content : LDMC). Ces trois traits ont été choisis car ils ont le potentiel de rendre compte de la réponse fonctionnelle des communautés à une perturbation (LOUAULT et al. 2005).
d-Conditions climatiques
Le site expérimental de Theix comporte une station météorologique dont les données sont recueillies et compilées sur le site internet Climatik agroclim INRA.
A partir de CLimatik les données journalières utilisées sont : - les données de température moyennes journalières (°C) - la somme des précipitations journalières (P, mm)
- l’évapotranspiration potentielle du couvert végétal (ETP, mm)
On calcule également le bilan entre le cumul des précipitations (P) et l’évapotranspiration potentielle (ETP) ce qui correspond à un bilan hydrique climatique permettant de connaître le niveau de stress hydrique dans le milieu.
Des relevés de température de sol ont également été faites à des profondeurs de -20 et -60 cm toutes les 30 min sur la période de janvier à juillet 2015 grâce à des sondes placées dans chacune des parcelles du dispositif.
e-Traitement et analyse des données
Les analyses statistiques des données ont été réalisées grâce au logiciel Statgraphics, par analyse de variance (ANOVA), dans le but de tester l’effet des facteurs traitement, date et bloc sur les variables que sont les masses racinaire sèches, les masses racinaires sèches cumulées, les masses sèches des différents composants des carottes de sol (racines, POM, rhizomes), les abondances relatives des espèces des communautés végétales et les traits moyens des communautés végétales.
Pour ces variables, les valeurs analysées en ANOVA sont celles de chacune des parcelles, avec n=4 parcelles par traitement. Ces valeurs par parcelle sont obtenues en faisant les moyennes des 4 IGC ou carottes de sol suivies dans chacune des parcelles.
Lorsqu’un effet significatif a été mis en évidence un test de Tukey a permis d’approfondir l’analyse en mettant en évidence des différences entre traitements.
En ce qui concerne les relations entre masses racinaires et traits aériens fonctionnels, des régressions linéaires ont été effectuées. Grâce au coefficient r² on calcule le coefficient de corrélation r de Bravais-Pearson et la significativité du coefficient est lue dans la table de Bravais-Pearson pour les effectifs n=16 ou n=48.
Figure 10: Conditions moyennes de température (en °C), de précipitation (en mm) et P-ETPP (en mm) par mois pour la période 1990-2014 en fonction des mois de l’année sur le site du SOERE de Theix (P-ETPP= précipitation – évapotranspiration potentielle).
Figure 11 : Conditions moyennes de température (en °C), de précipitation (en mm) et P-ETPP (en mm) par mois pour l'année 2014 et une partie de l'année 2015 sur le site de l'ORE de Theix (TM= température moyenne, RR= précipitation, P-ETPP=
précipitation-évapotranspiration potentielle)
Figure 12 : Température moyenne journalière du sol (en °C) à -20 cm entre le 01 janvier 2015 et le 20 juillet 2015 sur les parcelles des trois traitements. Chaque valeur journalière correspond à la moyenne des températures des quatre parcelles de chaque traitement et la barre d’erreur à l’erreur standard de cette moyenne. -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 -100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100 125 150 175 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Te m p ératu re e n ° C Préc ip ita tio n , P -E TPP en m m Mois Moyenne de RR Moyenne de P-ETPP Moyenne de TM Précipitations (mm) P-ETP (mm) Températures (°C) Bo+ Bo- Ab
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